Грозозащита зданий и промышленных сооружений - Грозозащита зданий и промышленных сооружений

5. Грозозащита зданий и промышленных сооружений

Общие требования к грозозащитной установке зданий и промышленных сооружений

Грозозащитные установки состоят в основном из молниеотводов, спусков и заземлителей.
Спуски, отводящие ток молнии, прокладываются по крыше и стенам или внутри пристроенных помещений в доступных местах. Места соединений не должны быть вблизи легко воспламеняющихся материалов. В качестве спусков используются провода, лежащие под крышей, или закрытые металлические части. Над металлическими частями через каждые 3—4 м устанавливаются вертикальные молниеприемные устройства, которые должны соединяться со спусками и возвышаться над ними не менее чем на 20 см. Молниеприемники располагаются так, чтобы они принимали по возможности на себя все удары молний. Количество спусков зависит от рода и размеров здания. Спуски соединяются с заземлением по возможности по наиболее короткому пути. Большие металлические части в здании или на нем должны быть отделены от грозозащитной установки на достаточное расстояние или же присоединены к ней проводником. Расстояние между частями грозозащитного устройства и большими металлическими частями или электрическими установками должно быть рассчитано по ПУЭ. Материалом для грозозащитных устройств является оцинкованная сталь. Применение стальных и алюминиевых тросов из-за малой стойкости по отношению к коррозии не допускается. Для подземной проводки применяются полосы и проволока сплошного сечения из оцинкованной стали или меди. Вблизи химических заводов необходимо применять медный провод сечением 50 мм2 в свинцовой оболочке. Соединения проводов между собой и с землей выполняются с помощью зажимов или резьбы. Соединения скруткой недопустимы.
Во избежание коррозии в грозозащитном устройстве нужно соблюдать следующее: если крыши, стены, облицовка, водосточные желобы медные, то провода также должны быть медными, поскольку дождевая вода может стекать с меди на провода или наоборот. Сталь или алюминий в этом случае не применяются.
Если крыши, стены и т. п. цинковые или оцинкованного железа, то применение голых медных проводов исключается, а используются оцинкованные стальные голые алюминиевые или луженые медные провода. При соединении медного провода с алюминиевым необходима прокладка между ними из свинца.
Крепежные детали для грозозащитных устройств изготовляются из оцинкованной стали. Для защиты от коррозии в местах крепления медных проводов должны быть проложены свинцовые прокладки. Все места соединений, опоры, поверхности среза оцинкованных стальных проводников, а также заземляющие провода на расстоянии до 30 см от поверхности должны иметь защитное покрытие. Места подземных соединений проводов и присоединений к трубопроводам должны иметь хорошую защиту от коррозии, например битумное покрытие. Наземные и подземные оцинкованные провода подлежат окраске.
Опытом установлено, что наиболее вероятными местами ударов молнии являются шпили башен, коньки крыш, дымовые и вентиляционные трубы и т. д. Поэтому наиболее вероятные места ударов молнии должны быть снабжены молниеприемными устройствами.
В качестве молниеприемных устройств вдоль коньков крыш, на фронтовых и сточных желобах достаточно проложить прокладки из соответствующего провода. На шпилях башен, трубах могут применяться стержни из сплошного материала. Расположенные на поверхности крыши выступающие части здания — дымовые трубы, шпили, вентиляционные трубы, флюгеры, рекламы, осветительные установки, если они выполнены из металла, используются в качестве молниеприемников и присоединяются к спускам; если же они выполнены не из металла, то снабжаются молниеприемными устройствами, например стержнями или металлической окантовкой.
На каждом здании должно быть не менее двух главных спусков, при больших габаритных размерах устраивают спусков больше. Отдельно стоящие фабричные трубы снабжаются двумя спусками. Спуски располагают по возможности симметрично. На каждом спуске устраивается доступное место для разъема с целью испытаний и ревизии. Заземляющие провода должны быть отделяемы от водосточных труб. Болтовые соединения в месте разъема должны быть изготовлены из коррозийноустойчивого материала.
Металлические части большой протяженности по вертикали, находящиеся вне здания, например пожарные лестницы, подъемные сооружения, должны быть соединены вверху и внизу с проводами, лежащими на крыше, и со спусками. Внизу они должны присоединяться к заземлению выше места разъема.
Большие металлические части, расположенные внутри здания: водопровод, газопровод, воздухопровод, отопительная установка, стальной каркас лифта, машинные установки, лестницы — должны быть соединены в местах сближений с проводами, лежащими на крыше, или спусками и заземлением.
Разрывы в металлических протяженных частях, на которых может возникнуть частичный разряд, должны быть замкнуты. В целях предотвращения повреждений электрических установок и зданий при ударе молнии в грозозащитные устройства молниеприемники, спуски и все связанные с ними части рекомендуется располагать на достаточном расстоянии от электропроводки. Если эти расстояния малы, то между грозозащитным устройством и электрическими установками применяют защиту в виде разрядников. Разрядники могут быть использованы для защиты от перенапряжений, которые заносятся в здания по воздушным линиям, особенно по линиям на деревянных опорах.
Если имеются электрические установки на металлических конструкциях вне зданий, то для грозозащиты необходимо произвести заземление стальных конструкций при условии, что перекрытие между конструкцией и электрической установкой не будет иметь опасных последствий.
Чтобы не расширять зоны действия напряжения прикосновения, опоры электрических линий сильного тока, укрепляемые на крышах, не следует соединять с грозозащитными устройствами, а достаточно установить между указанными элементами изоляторы.
Опоры для линий связи, укрепляемые на крышах, должны быть электрически соединены с грозозащитными устройствами.
Соединение грозозащитных устройств с заземляющими устройствами установок сильного тока допускается лишь при рабочих напряжениях до 1000 В.
Для грозозащиты фабричных труб на них устанавливаются молниеотводы. Молниеотводы изготовляются из круглого сплошного железа диаметром около 25 мм и продолжают от вершины трубы вниз на 3 м с таким расчетом, чтобы спуск,приваренный к молниеприемнику, не находился в сфере действиядымовых газов.
В качестве молниеприемника можно использовать металлическую торцевую накладку или стяжное кольцо. Фабричные трубы высотой менее 40 м должны иметь один спуск, а при большей высоте не менее двух спусков.
Фабричные трубы из железобетона также должны быть снабжены спусками. Если имеется два спуска, то один из них должен проходить вблизи скоб для влезания. Если имеется два ряда скоб влезания, то каждый ряд снабжается спуском. Все металлические части, подверженные действию дымовых газов, должны быть снабжены защитным покрытием. Все заземленные металлические части, например котлы, трубопроводы и стальные каркасы, расположенные в зоне фабричной трубы, должны быть соединены со спуском или заземляющим устройством при помощи наземных или подземных проводов.
Для грозозащиты высоких строений из стальных конструкций, например копров, буровых вышек, градирен, водокачек, достаточно осуществить заземление стального каркаса по меньшей мере в двух точках. Строения подобного рода из непроводящего материала, например камня или дерева, должны быть оснащены совершенным грозозащитным устройством.
Грозозащита взрывоопасных установок. Опасность взрыва имеет место в установках, когда в результате местных или производственных условий газы, пары или пыль, образующие в сочетании друг с другом или с воздухом взрывоопасные смеси, могут скапливаться во взрывоопасных количествах.
Чаще всего такой установкой является резервуар с нефтепродуктами. На поверхности резервуара может появиться взрывоопасная смесь нефтепродукта и воздуха. Чтобы смесь не воспламенялась при восприятии разряда молнии грозозащитным устройством резервуара, необходимо, чтобы канал молнии соприкасался с молние-приемником вне сферы распространения взрывоопасных концентраций. Для защиты указанных устройств применяют отдельно стоящие стержневые молниеотводы или молниеотводы, установленные на резервуаре на высоте не менее 5 м.
Расчет молниеотводов надо вести так, чтобы защищаемый объект находился в защитной зоне молниеотвода. Сопротивление заземлителей рекомендуется принимать 10 ом. Резервуары и трубопроводы, покрытые землей толщиной в 1 м, грозозащитного устройства не требуют.
Грозозащита пожароопасных установок. К пожароопасным установкам относятся все строения и склады с материалами, легко воспламеняющимися даже при ограниченном воздействии огня.
Грозозащитные устройства должны быть выполнены так, чтобы плавление и разбрызгивание металла, возникающего при ударе молнии, не вызывали пожара. Для этого все провода должны быть расположены на расстоянии не менее 40 см от огнеопасных объектов Если строения с мягкой кровлей имеют устройства с большим количеством металла, то они должны быть соединены с грозозащитным устройством так, чтобы не могло возникнуть воспламенение кровли или горючих материалов. Отводы от наружных спусков, идущие внутрь здания, должны иметь изолирующие оболочки, например вентиляционные каналы.
Для грозозащиты заводов взрывчатых веществ вблизи взрывоопасных строений устанавливаются молниеотводы или же грозозащитные устройства, укрепляемые на деревьях или пригодных для этой цели высоких строениях с тем, чтобы удар молнии был по возможности принят в стороне от защищаемого объекта. Высота и количество молниеотводов рассчитывается так, чтобы защищаемый объект находился в защитной зоне молниеотводов. Для внутренней грозозащиты зданий расположенные на зданиях металлические части, например водосточные желоба и трубы, необходимо соединять только со спусками. Надстройки на крышах из непроводящих материалов, например вытяжные вентиляционные трубы, должны быть оснащены молниеприемными устройствами. Металлические надстройки на крышах соединяют со спуском.
Подведенные к зданию наземные металлические трубопроводы, паропроводы должны быть соединены с наружными спусками. Низшие точки этих трубопроводов внутри зданий соединяются с внутренним кольцевым заземляющим проводом. На зданиях с кровлей из горючего материала спуск, идущий по крыше, не должен приближаться к ней ближе, чем на 0,5 м. Провода должны быть свободно натянуты. Для предупреждения провисания проводов они укрепляются на опорах из непроводящего материала. В железобетонных строениях стальная арматура в нескольких местах соединяется с заземленным кольцевым проводом.
Для зданий с земляным покрытием не менее 0,5 м и насыпью со стороны, не защищенной земляным покрытием, от внутреннего грозозащитного устройства можно отказаться, если вокруг строения нет значительных металлических частей, трубопроводов, рельсовых путей, выступающих вентиляционных труб, и эти строения полностью свободны от горючих газов или взрывчатых пылей, газов или паров.
Для защиты электрических установок электропитание к зданию рекомендуется подводить кабелем под землей. Перед вводом электрической проводки в здание она должна иметь разрыв цепи.
В кабельной сети должны быть поставлены разрядники для защиты от перенапряжений. Металлические корпуса всех крупных частей, например двигателей, выключающей аппаратуры и распределительных устройств, должны быть заземлены путем соединения с шиной заземления внутренней грозозащиты.

Расчет высоты молниеотвода и расстояния между ним и защищаемым объектом

Из общих требований к грозозащитным установкам зданий и промышленных сооружений видно, что в первую очередь для защиты используются молниеотводы. Молниеотвод — устройство, состоящее из молниеприемника, токоотвода, соединенного с заземлителем, расположенным в земле для отвода тока молнии в землю. Молниеотводы разделяются на стержневые и тросовые. И те и другие могут быть выполнены в виде отдельных мачт, не связанных с защищаемым объектом или установленных на защищаемом объекте.

                         Рис.12 Одиночный стержневой молниеотвод
Тросовые молниеотводы в большей части применяются для защиты линий электропередач высокого напряжения. Молниеотводы должны быть надежно заземлены. Сопротивление отдельно стоящего молниеотвода не должно превышать 150—200 Ом. Чаще всего для больших защитных свойств общее сопротивление заземлителей принимают 10 Ом.
Защищенное пространство от прямых ударов около молниеотвода называется зоной защиты. Зона защиты зависит от числа, высоты и взаимного расположения молниеотводов, от высоты грозовых облаков, от их положения по отношению к молниеотводам и т. п. Зона зашиты в большей степени зависит от отношения высоты ориентировки молнии Н к высоте молниеотвода Н.
Рекомендуемые зоны защиты для одиночного молниеотвода (рис.11) следующие.
Радиус защиты rx на любой высоте hx определяется по формуле:

Где активная высота молниеотвода;
hx – высота рассматриваемого уровня защищаемой точки объекта;
h – высота молниеотвода, м.
Для молниеотводов высотой более 30 м радиус защиты определяется по формуле:

Для молниеотводов высотой до 100 м радиус защиты определяется по формуле:
,
Где   – коэффициент.
При двухстержневых молниеотводов с одинаковой высотой h и расстоянием друг от друга а наименьшее расстояние находится по формуле:

С тремя и четырьмя стержневыми молниеотводами зона защиты определяется так же, как и при двух молниеотводах. Диаметр окружности, проведенной через три оси молниеотводов и диагональ при четырех молниеотводах h30 м, должен быть Dи при высоте  h:

Зону защиты одиночного тросового горизонтально подвешенного молниеотвода можно определить по формуле:

При наличии двух тросовых молниеотводов минимальная высота:
.
Для определения допустимых расстояний в воздухе и по дереву при прямом ударе молнии в молниеотвод прежде всего находится импульсное напряжение в точке, расположенной от земли на расстоянии l, по формуле:

Где i – мгновенное значение тока молнии;
Rи – импульсное сопротивление заземления;
L – индуктивность участка токоотвода от заземлителя до рассматриваемой точки.
Затем определяется амплитудное импульсное напряжение:
 кВ.
Здесь   L можно заменить длиной  l, исходя из того, что мгновенное значение тока

А
=кА/мк сек.
Умножив на L обе части равенства, находим при L=1,5∙ l
L=
При Iм=150 кА:
L=l
При Iм=100 кА:
L=1,5 l.
Итак, после подстановки L=l будем иметь:
 кВ.

Зная амплитудное значение импульсного напряжения, находим расстояние по воздуху от молниеотвода до защищаемого объекта:
  м,
Где Е воз=500 кВ/м.
По дереву расстояние от молниеотвода до защищаемого объекта :
  м,
Где Е дер=200 кВ/м.
В земле расстояние между заземлением молниеотвода и защищаемым сооружением  м,
Где Е зем=30 кВ/м.
При расчете расстояний необходимо брать импульсное сопротивление не более 10-15 Ом. Это позволит значительно уменьшить величину потенциала молниеотвода.

Литература:

1. «Электроснабжение промышленных предприятий» Б.Ю.Липкин, Н.С.Комаров, Высшая школа 1985 г.
2. Правила технической эксплуатации и безопасности обслуживания электроустановок промышленных предприятий. Алматы, 2002 г.
3. «Техника высоких напряжений»  М.А.,Бабиков, Н.С. Комаров ., Госэнергоиздат, 1980 г.